Obesidade e genes candidatos: estudo de associação em populações quilombolas do Vale do Ribeira-SP

A obesidade comum é atualmente um dos problemas de saúde pública mais importante no mundo, frequentemente associada a outros distúrbios tais como hipertensão, diabetes, doenças cardiovasculares e câncer. Apesar da alta prevalência de obesidade em diversas populações, muitos dos estudos relacionados aos seus fatores de risco genéticos foram realizados com indivíduos de ascendência europeia ou asiática, mas foram poucos os realizados com populações de origem africana ou nativas americanas. Nosso trabalho tem por objetivo geral investigar potenciais fatores de risco genéticos associados ao sobrepeso e à obesidade em populações afrodescendentes remanescentes de quilombos do Vale do Ribeira - SP, comunidades rurais semi-isoladas, previamente bem caracterizadas do ponto de vista clínico, genealógico e genético-populacional. Nossa amostra constituiu-se de 759 indivíduos, pertencentes a doze populações de remanescentes de quilombos (Abobral, São Pedro, Galvão, Ivaporunduva, Pedro Cubas, André Lopes, Nhunguara, Sapatu, Pilões, Maria Rosa, Poça e Reginaldo), dos quais foram obtidos amostras de DNA, dados clínicos, informações genealógicas e medidas antropométricas. A investigação dos fatores de risco genéticos associados ao sobrepeso/obesidade foi realizada por duas abordagens: (1) estudo de associação baseado em famílias (N = 584, 59 famílias) e (2) estudo de associação populacional com indivíduos não aparentados (N=305). Foram selecionados para estudo nove polimorfismos em oito genes candidatos: LEP rs2167270, LEPR rs1137101, ADRB2 rs1042713, PPARG rs1801282, PLIN1 rs2289487, RETN rs1862513, INSIG2 rs7566605, FTO rs1121980 e FTO rs1421085. As análises de associação baseadas em família indicaram que, nessas populações, apenas o polimorfismo PLIN1 rs2289487 está associado significativamente com o grupo de risco em relação à razão cintura-quadril (RCQ >=0,85 para mulheres e >=0,90 para homens; P=0,013). Aparentemente não existem trabalhos anteriores que verificaram a associação deste polimorfismo com a obesidade por essa metodologia. As análises do estudo populacional com indivíduos não aparentados mostraram associação significativa entre: (i) o alelo G no polimorfismo LEPR rs1137101 e a variação do índice de massa corporal (IMC; P=0,027); (ii) o alelo G do polimorfismo LEPR rs1137101 e o fenótipo de sobrepeso/obesidade (IMC>=25 Kg/m²; P=0,027); (iii) o alelo G no polimorfismo ADRB2 rs1042713 e o fenótipo de risco (IMC>=25 Kg/m²; P=0,029); (iv) o polimorfismo PLIN1 rs2289487 (genótipo GG) e os menores valores do IMC (P=0,025); (v) o polimorfismo FTO rs1121980 (alelo G) e o fenótipo de risco (IMC>=25 Kg/m²), assim como a variação do IMC (P=0,037 e P=0,022 respectivamente); e (vi) o alelo A no polimorfismo FTO rs1421085 e maiores valores da circunferência da cintura (Cc; P=0,016) e da razão cintura-quadril (RCQ; P=0,030). Tomados em conjunto, nossos resultados sugerem a participação dos genes LEP, LEPR, ADRB2, PLIN1 e FTO no aumento da predisposição ao sobrepeso e à obesidade nas populações remanescentes de quilombos. Por fim, as elevadas estimativas de herdabilidade dos três fenótipos investigados (IMC=33%, Cc=33% e RCQ=70%) reforçam a relevância do papel dos fatores genéticos no acúmulo de gordura corporal. O trabalho apresentado é resultado de uma investigação cuidadosa sobre os componentes genéticos associados à regulação do peso corporal em uma população brasileira afrodescendente (com características históricas, ambientais e genéticas peculiares), corroborando a hipótese de que a obesidade comum nas populações quilombolas do Vale do Ribeira é condicionada por um mecanismo poligênico modulado por fatores ambientais importantes como o sedentarismo e a transição nutricional

Análise in vitro da expressão de genes de resposta a estresse oxidativo e osmótico da bactéria fastidiosa Leifsonia xyli subsp. xyli

Atualmente, o Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar (Saccharum ssp.), no qual o estado de São Paulo é responsável por mais de 50% da produção. Esta cultura é hospedeira de diversos patógenos que podem limitar sua produção, dentre os quais se destaca a bactéria Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), agente causal do raquitismo da soqueira (ratoon stunting disease - RSD). Pouco se sabe sobre a fisiologia deste organismo e quais as estratégias utilizadas por este para colonizar seu hospedeiro. No entanto, sabemos que para infectar e colonizar seus hospedeiros, é necessário que bactérias parasíticas superem estresses de diversas naturezas impostas durante estes processos, como os estresses oxidativo e o osmótico. Neste contexto, os objetivos deste trabalho foram identificar in silico e analisar a expressão in vitro, por qPCR, de genes relacionados a estes dois estresses. Uma análise da sequência do genoma de Lxx identificou 35 genes, sendo 8 relacionados ao estresse oxidativo, 9 relacionados ao estresse osmótico e 11 relacionados a estresse gerais, incluindo um cluster de 6 genes envolvidos na síntese de carotenoides. A expressão destes foi avaliada 60 minutos após exposição a 30mM de H2O2 ou 7% (p/v) de polietilenoglicol 6000 (PEG 6000). Sete genes foram avaliados como normalizadores das reações de qPCR. A quantificação do grau de peroxidação lipídica indicou que ambos os tratamentos resultaram em sensível peroxidação, muito embora o efeito do tratamento com PEG 6000 tenha sido maior do que o tratamento com H2O2. A exposição ao H2O2 aumentou a expressão dos genes katA (catalase), sodA (superóxido dismutase), msrA (Sulfóxido de metionina redutase) e msrB (Sulfóxido de metionina redutase) bem como de todos os genes responsáveis pela síntese de carotenoides. Por outro lado, todos os genes relacionados ao estresse osmótico foram menos expressos na presença deste composto. Já quando a bactéria foi exposta a PEG 6000, o oposto ocorreu, ou seja, os genes relacionados ao estresse osmótico, que são otsA (Trealose-6-fosfato sintase), otsB (Trealose fosfatase), treY (Malto-oligosil trealose sintase), treZ (Malto-oligosil trealose trealoidrolase), treS (Trealose sintase), proX (Proteína de ligamento em substrato, tipo ABC glicina betaína transportadora), proW (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora), proZ (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora) e Naggn (Amidotransferase), além dos genes do cluster carotenoide, foram mais expressos, ao passo que alguns dos genes ligados à resposta ao estresse oxidativo foram menos expressos. Verificou-se também, através de PCR convencional utilizando primers para amplificar as regiões entre os genes carotenoides, que estes são expressos como um RNA policistrônico, constituindo assim um operon. Estes resultados validam predições anteriores baseadas na análise in silico da sequência do genoma de Lxx, confirmando que Lxx possui mecanismos responsivos aos estresses osmótico e oxidativo aos quais é submetida durante o processo de infecção de seu hospedeiro.

Expressão dos genes codificadores de canais de sódio Nav 1.7, Nav 1.8 e Nav 1.9 em portadores da Síndrome de Ardência Bucal

A síndrome de ardência bucal (SAB) é uma condição caracterizada pelo sintoma de ardência na mucosa oral, na ausência de qualquer sinal clínico. Sua etiologia é desconhecida e, até o momento, não dispõe de tratamento efetivo. Há entretanto características de doença neuropática que justificam investigações nesse sentido. O objetivo desse estudo foi mensurar a expressão gênica dos receptores de canais de sódio, Nav 1.7, Nav 1.8 e Nav 1.9, nos pacientes portadores de SAB. A casuística foi composta por dois grupos sendo o grupo de estudo composto por 12 pacientes portadores de SAB, selecionados através do critério estabelecido pela International Headache Society, em 2013 e o grupo controle composto por 4 pacientes não portadores de SAB. As amostras analisadas foram coletadas do dorso lingual, por meio de biópsia realizada com punch de 3 mm e profundidade de 3 mm, estas foram submetidas ao método de análise RT-PCR em tempo real. A expressividade dos genes de canais de sódio foi avaliada nos indivíduos portadores de SAB em relação aos do grupo controle, sendo esta calculada a partir da normalização dos dados da quantificação destes com os da expressão do gene constitutivo (GAPDH), pelo método de Cicle Threshold comparativo e analisados estatisticamente por meio do teste estatístico Mann-Whitnney. Observou-se o aumento da expressão gênica do Nav 1.7 (fold-change = 38.70) e diminuição da expressão gênica do Nav 1.9 (fold-change = 0.89), porém sem diferenças estatisticamente significativas entre os grupos analisados. O gene Nav 1.8 não foi expresso em nenhuma das amostras analisadas. O Nav 1.7 expressa-se tanto em neurônios nociceptivos quanto no sistema nervoso autônomo e mutações no Nav 1.9 tem sido associada a perda de percepção dolorosa. Os resultados obtidos embora não estatisticamente significativos são compatíveis com as características da doença, justificando a extensão dos estudos na linha expressão de genes codificadores dos canais de sódio em pacientes com SAB.

Da patenteabilidade de genes humanos

São inegáveis o caráter universal e a importância dos avanços tecnológicos e científicos originados das pesquisas genéticas. O sequenciamento do genoma humano, a identificação das principais sequências de DNA contidas nos seus genes e suas respectivas funções biológicas, bem como suas possíveis aplicações biomédicas, são de incalculável importância. Os genes, muito embora possam ser biologicamente caracterizados como compostos químicos, possuem um conteúdo informacional que se revela indispensável ao desenvolvimento da engenharia genética, figurando como elemento básico e central de suporte às inovações biotecnológicas. Desta forma, importante analisar a relevância da aplicação de mecanismos jurídicos como forma de fomento à contínua evolução biotecnológica sob a ótica do desenvolvimento econômico e social do país, princípios constitucionais justificadores da proteção de referidos desenvolvimentos técnicos por meio do intelecto e intervenção humanos na natureza. Para tanto, deve-se levar em consideração que a inexistência de tutela jurídica específica pode gerar desincentivo aos investimentos capazes de possibilitar o desenvolvimento de tais tecnologias, ao passo que uma tutela jurídica muito ampla poderá ocasionar indevida restrição ao acesso a tais insumos biológicos, de modo a gerar um efeito adverso àquele buscado. Assim, deve-se compatibilizar a proteção dos resultados obtidos através do desenvolvimento biotecnológico em relação à potencial dificuldade originada de uma eventual restrição ao acesso a tais elementos fundamentais à pesquisa e desenvolvimento genéticos. É neste contexto que se procura um balizamento entre os diferentes interesses e posicionamentos a respeito da patenteabilidade dos genes humanos, visando solução jurídica que permita um ambiente seguro e propício ao desenvolvimento da engenharia genética, e dos inúmeros benefícios que poderão daí se originar. O presente estudo se voltará, portanto, à análise da necessidade, condições, suficiência e extensão da tutela jurídica a ser conferida pela outorga de direitos patentários aos genes humanos.

Expression profiling and sequence diversity of novel DREB genes from common bean (Phaseolus vulgaris L.) and their association with drought-related traits

Common bean is a major dietary component in several countries, but its productivity is negatively affected by abiotic stresses. Dissecting candidate genes involved in abiotic stress tolerance is a paramount step toward the improvement of common bean performance under such constraints. Thereby, this thesis presents a systematic analysis of the DEHYDRATION RESPONSIVE ELEMENT-BINDING (DREB) gene subfamily, which encompasses genes that regulate several processes during stress responses, but with limited information for common bean. First, a series of in silico analyses with sequences retrieved from the P. vulgaris genome on Phytozome supported the categorization of 54 putative PvDREB genes distributed within six phylogenetic subgroups (A-1 to A-6), along the 11 chromosomes. Second, we cloned four novel PvDREB genes and determined their inducibility-factors, including the dehydration-, salinity- and cold-inducible genes PvDREB1F and PvDREB5A, and the dehydration- and cold-inducible genes PvDREB2A and PvDREB6B. Afterwards, nucleotide polymorphisms were searched through Sanger sequencing along those genes, revealing a high number of single nucleotide polymorphisms within PvDREB6B by the comparison of Mesoamerican and Andean genotypes. The nomenclature of PvDREB6B is discussed in details. Furthermore, we used the BARCBean6K_3 SNP platform to identify and genotype the closest SNP to each one of the 54 PvDREB genes. We selected PvDREB6B for a broader study encompassing a collection of wild common bean accessions of Mesoamerican origin. The population structure of the wild beans was accessed using sequence polymorphisms of PvDREB6B. The genetic clusters were partially associated with variation in latitude, altitude, precipitation and temperature throughout the areas such beans are distributed. With an emphasis on drought stress, an adapted tube-screening method in greenhouse conditions enabled the phenotyping of several drought-related traits in the wild collection. Interestingly, our data revealed a correlation between root depth, plant height and biomass and the environmental data of the location of the accessions. Correlation was also observed between the population structure determined through PvDREB6B and the environmental data. An association study combining data from the SNP array and DREB polymorphisms enabled the detection of SNP associated with drought-related traits through a compressed mixed linear model (CMLM) analysis. This thesis highlighted important features of DREB genes in common bean, revealing candidates for further strategies aimed at improvement of abiotic stress tolerance, with emphasis on drought tolerance

Examining the relationship among genes, attention bias to emotion, and depression in youth

The investigation of biologically initiated pathways to psychological disorder is critical to advance our understanding of mental illness. Research has suggested that attention bias to emotion may be an intermediate trait for depression associated with biologically plausible candidate genes, such as the serotonin transporter (5-HTTLPR) and catechol-o-methyl-transferase (COMT) genes, yet there have been mixed findings in regards to the precise direction of effects. The experience of recent stressful life events (SLEs) may be an important, yet currently unstudied, moderator of the relationship between genes and attention bias as SLEs have been associated with both gene expression and attention to emotion. Additionally, although attention biases to emotion have been studied as a possible intermediate trait associated with depression, no study has examined whether attention biases within the context of measured genetic risk lead to increased risk for clinical depressive episodes over time. Therefore, this research investigated both whether SLEs moderate the link between genetic risk (5-HTTLPR and COMT) and attention bias to emotion and whether 5-HTTLPR and COMT moderated the relationship between attention biases to emotional faces and clinical depression onset prospectively across 18 months within a large community sample of youth (n= 467). Analyses revealed a differential effect of gene. Youth who were homozygous for the low expressing allele of 5-HTTLPR (S/S) and had experienced more recent SLEs within the last three months demonstrated preferential attention toward negative emotional faces (angry and sad). However, youth who were homozygous for the high expressing COMT genotype (Val/Val) and had experienced more recent SLEs showed attentional avoidance of positive facial expressions (happy). Additionally, youth who avoided negative emotion (i.e., anger) and were homozygous for the S allele of the 5-HTTLPR gene were at greater risk for prospective depressive episode onset. Increased risk for depression onset was specific to the 5-HTTLPR gene and was not found when examining moderation by COMT. These findings highlight the importance of examining risk for depression across multiple levels of analysis, such as combined genetic, environmental, and cognitive risk, and is the first study to demonstrate clear evidence of attention biases to emotion functioning as an intermediate trait predicting depression.

Evolutionary history of the recruitment of conserved developmental genes in association to the formation and diversification of a novel trait

The origin and modification of novel traits are important aspects of biological diversification. Studies combining concepts and approaches of developmental genetics and evolutionary biology have uncovered many examples of the recruitment, or co-option, of genes conserved across lineages for the formation of novel, lineage-restricted traits. However, little is known about the evolutionary history of the recruitment of those genes, and of the relationship between them -for example, whether the co-option involves whole or parts of existing networks, or whether it occurs by redeployment of individual genes with de novo rewiring. We use a model novel trait, color pattern elements on butterfly wings called eyespots, to explore these questions. Eyespots have greatly diversified under natural and sexual selection, and their formation involves genetic circuitries shared across insects.

Hox genes and regional patterning of the vertebrate body plan

Several decades have passed since the discovery of Hox genes in the fruit fly Drosophila melanogaster. Their unique ability to regulate morphologies along the anteroposterior (AP) axis (Lewis, 1978) earned them well-deserved attention as important regulators of embryonic development. Phenotypes due to loss- and gain-of-function mutations in mouse Hox genes have revealed that the spatio-temporally controlled expression of these genes is critical for the correct morphogenesis of embryonic axial structures. Here, we review recent novel insight into the modalities of Hox protein function in imparting specific identity to anatomical regions of the vertebral column, and in controlling the emergence of these tissues concomitantly with providing them with axial identity. The control of these functions must have been intimately linked to the shaping of the body plan during evolution.

Elucidating the cis-regulatory landscape of retinal development and regeneration

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-04

Effector ExoU from the type III secretion system is an important modulator of gene expression in lung epithelial cells in response to Pseudomonas aeruginosa infection

Pseudomonas aeruginosa is an important pathogen in immunocompromised patients and secretes a diverse set of virulence factors that aid colonization and influence host cell defenses. An important early step in the establishment of infection is the production of type III-secreted effectors translocated into host cells by the bacteria. We used cDNA microarrays to compare the transcriptomic response of lung epithelial cells to P. aeruginosa mutants defective in type IV pili, the type III secretion apparatus, or in the production of specific type III-secreted effectors. Of the 18,000 cDNA clones analyzed, 55 were induced or repressed after 4 It of infection and could be classified into four different expression patterns. These include (i) host genes that are induced or repressed in a type III secretion-independent manner (32 clones), (ii) host genes induced specifically by ExoU (20 clones), and (iii) host genes induced in an ExoU-independent but type III secretion dependent manner (3 clones). In particular, ExoU was essential for the expression of immediate-early response genes, including the transcription factor c-Fos. ExoU-dependent gene expression was mediated in part by early and transient activation of the AN transcription factor complex. In conclusion, the present study provides a detailed insight into the response of epithelial cells to infection and indicates the significant role played by the type III virulence mechanism in the initial host response.

The acidic nature of the CcmG redox-active center is important for cytochrome c maturation in Escherichia coli

Cytochrome c biogenesis in Escherichia coli is a complex process requiring at least eight genes (ccmABC DEFGH). One of these genes, ccmG, encodes a thioredoxin-like protein with unusually specific redox activity. Here, we investigate the basis for CcmG function and demonstrate the importance of acidic residues surrounding the redox-active center.

The properties of CpG islands in the putative promoter regions of human immunoglobulin (Ig) genes

CpG island is a GC-rich motif occurred in gene promoter region, which can play important roles in gene silencing and imprinting. Here, we present a set of discriminant functions that can recognize the structural and compositional features of CpG islands in the putative promoter regions (PPRs) of human and mouse immunoglobulin (Ig) genes. We showed that the PPRs of both human and mouse Ig genes irrespective of gene chromosomal localization are apparently CpG island poor, with a low percentage of the CpG islands overlapped with the transcription start site (TSS). The human Ig genes that have CpG islands in the PPRs show a very narrow range of CpG densities. 47% of the Ig genes fall in the range of 3.5-4 CpGs/100 bp. In contrast, the non-Ig genes examined have a wide range of the density of CpG island, with 10.5% having the density of 8.1-15 CpGs/100 bp. Meantime, five patterns of the CpG distributions within the CpG islands have been classified: Pat A, B, C, D, and E. 21.6% and 10.8% of the Ig genes fall into the Pat B and Pat D groups, respectively, which were significantly higher than the non-Ig genes examined (8.2% and 3.8%). Moreover, the length of CpG islands is shorter in human Ig genes than in non-Ig genes but is much longer than in mouse orthologues. These findings provide a clear picture of non-neutral and nonrandom occurrence of the CpG islands in the PPRs of human and mouse Ig genes, which facilitate rational recommendations regarding their nomenclature. (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Application of mixture models to detect differentially expressed genes

An important and common problem in microarray experiments is the detection of genes that are differentially expressed in a given number of classes. As this problem concerns the selection of significant genes from a large pool of candidate genes, it needs to be carried out within the framework of multiple hypothesis testing. In this paper, we focus on the use of mixture models to handle the multiplicity issue. With this approach, a measure of the local FDR (false discovery rate) is provided for each gene. An attractive feature of the mixture model approach is that it provides a framework for the estimation of the prior probability that a gene is not differentially expressed, and this probability can subsequently be used in forming a decision rule. The rule can also be formed to take the false negative rate into account. We apply this approach to a well-known publicly available data set on breast cancer, and discuss our findings with reference to other approaches.

Using mixture models to detect differentially expressed genes

An important and common problem in microarray experiments is the detection of genes that are differentially expressed in a given number of classes. As this problem concerns the selection of significant genes from a large pool of candidate genes, it needs to be carried out within the framework of multiple hypothesis testing. In this paper, we focus on the use of mixture models to handle the multiplicity issue. With this approach, a measure of the local false discovery rate is provided for each gene, and it can be implemented so that the implied global false discovery rate is bounded as with the Benjamini-Hochberg methodology based on tail areas. The latter procedure is too conservative, unless it is modified according to the prior probability that a gene is not differentially expressed. An attractive feature of the mixture model approach is that it provides a framework for the estimation of this probability and its subsequent use in forming a decision rule. The rule can also be formed to take the false negative rate into account.

Osteopontin and related SIBLING glycoprotein genes are expressed by sertoli cells during mouse testis development

Matrix proteins play important roles in tissue morphogenesis. We have studied the expression of genes encoding the related SIBLING glycoproteins osteopontin (OPN), bone sialoprotein (BSP), and dentin matrix protein (DMP) during the development of male and female gonads during mouse embryogenesis. Opn mRNA was expressed specifically by Sertoli cells of the developing testis cords, in the mesonephric tubules of both sexes, and, transiently, in the Mullerian ducts of both sexes, as determined by whole-mount and section in situ hybridization. OPN protein was detected in the cytoplasm of Sertoli cells and luminal cells of the mesonephric tubules, with small amounts associated with the plasma membrane of germ cells. We found no defects in developing testes of Opn-/- mice using a range of cell type-specific markers, suggesting that other SIBLING proteins may function in testis development. Dmp and Bsp mRNA was also expressed in the developing testis cords, supporting the view that all three SIBLING proteins may contribute to testis differentiation. (c) 2005 Wiley-Liss, Inc.